Karboxymethylcelulóza (CMC) a methylcelulóza (MC) jsou dva deriváty celulózy široce používané v mnoha průmyslových odvětvích. Ačkoli jsou oba odvozeny z přírodní celulózy, v důsledku různých procesů chemické modifikace mají CMC a MC významné rozdíly v chemické struktuře, fyzikálních a chemických vlastnostech a oblastech použití.
1. Zdroj a základní přehled
Karboxymethylcelulóza (CMC) se připravuje reakcí přírodní celulózy s kyselinou chloroctovou po alkalickém ošetření. Je to aniontový ve vodě rozpustný derivát celulózy. CMC obvykle existuje ve formě sodné soli, proto se také nazývá Sodium Carboxymethyl Cellulose (Na-CMC). Díky své dobré rozpustnosti a funkci úpravy viskozity je CMC široce používán v potravinářském, farmaceutickém, ropném vrtném, textilním a papírenském průmyslu.
Methylcelulóza (MC) se připravuje methylací celulózy methylchloridem (nebo jinými methylačními činidly). Je to neiontový derivát celulózy. MC má vlastnosti tepelného gelu, roztok při zahřívání tuhne a při ochlazení se rozpouští. Díky svým jedinečným vlastnostem je MC široce používán ve stavebních materiálech, farmaceutických přípravcích, nátěrech, potravinářství a dalších průmyslových odvětvích.
2. Chemická struktura
Základní strukturou CMC je zavedení karboxymethylové skupiny (–CH2COOH) na glukózovou jednotku β-1,4-glukosidové vazby celulózy. Tato karboxylová skupina jej činí aniontovým. Molekulární struktura CMC má velký počet karboxylátových skupin sodných. Tyto skupiny se ve vodě snadno disociují, což způsobuje, že molekuly CMC jsou záporně nabité, což jim dává dobrou rozpustnost ve vodě a zahušťovací vlastnosti.
Molekulární struktura MC spočívá v zavedení methoxy skupin (–OCH3) do molekul celulózy a tyto methoxy skupiny nahrazují část hydroxylových skupin v molekulách celulózy. Ve struktuře MC nejsou žádné ionizované skupiny, takže je neiontový, což znamená, že se v roztoku nedisociuje ani nenabíjí. Jeho jedinečné vlastnosti tepelného gelu jsou způsobeny přítomností těchto methoxyskupin.
3. Rozpustnost a fyzikální vlastnosti
CMC má dobrou rozpustnost ve vodě a může se rychle rozpustit ve studené vodě za vzniku průhledné viskózní kapaliny. Protože se jedná o aniontový polymer, je rozpustnost CMC ovlivněna iontovou silou a hodnotou pH vody. V prostředí s vysokým obsahem soli nebo v silně kyselých podmínkách se rozpustnost a stabilita CMC sníží. Kromě toho je viskozita CMC relativně stabilní při různých teplotách.
Rozpustnost MC ve vodě závisí na teplotě. Může být rozpuštěn ve studené vodě, ale při zahřátí vytvoří gel. Tato vlastnost tepelného gelu umožňuje MC hrát speciální funkce v potravinářském průmyslu a stavebních materiálech. Viskozita MC klesá s rostoucí teplotou a má dobrou odolnost proti enzymatické degradaci a stabilitu.
4. Viskozitní charakteristiky
Viskozita CMC je jednou z jeho nejdůležitějších fyzikálních vlastností. Viskozita úzce souvisí s jeho molekulovou hmotností a stupněm substituce. Viskozita roztoku CMC má dobrou upravitelnost, obvykle produkuje vyšší viskozitu při nízké koncentraci (1%-2%), takže se často používá jako zahušťovadlo, stabilizátor a suspendační činidlo.
Viskozita MC také souvisí s její molekulovou hmotností a stupněm substituce. MC s různým stupněm substituce má různé viskozitní charakteristiky. MC má také dobrý zahušťovací účinek v roztoku, ale při zahřátí na určitou teplotu bude roztok MC gelovatět. Tato gelující vlastnost je široce používána ve stavebnictví (jako je sádra, cement) a zpracování potravin (jako je zahušťování, tvorba filmu atd.).
5. Oblasti použití
CMC se běžně používá jako zahušťovadlo, emulgátor, stabilizátor a suspendační činidlo v potravinářském průmyslu. Například ve zmrzlině, jogurtech a ovocných nápojích může CMC účinně zabránit separaci přísad a zlepšit chuť a stabilitu produktu. V ropném průmyslu se CMC používá jako činidlo pro úpravu bahna, které pomáhá kontrolovat tekutost a ztrátu tekutin při vrtných výplachech. Kromě toho se CMC používá také pro úpravu buničiny v papírenském průmyslu a jako klížící činidlo v textilním průmyslu.
MC je široce používán ve stavebnictví, zejména v suchých maltách, lepidlech na dlaždice a tmelových prášcích. Jako zahušťovací činidlo a činidlo zadržující vodu může MC zlepšit konstrukční výkon a pevnost spoje. Ve farmaceutickém průmyslu se MC používá jako pojiva pro tablety, materiály s prodlouženým uvolňováním a materiály pro stěny tobolek. Jeho termogelující vlastnosti umožňují řízené uvolňování v určitých formulacích. Kromě toho se MC používá také v potravinářském průmyslu jako zahušťovadlo, stabilizátor a emulgátor potravin, jako jsou omáčky, náplně, chleby atd.
6. Bezpečnost a biologická rozložitelnost
CMC je považován za bezpečnou potravinářskou přísadu. Rozsáhlé toxikologické studie prokázaly, že CMC je při doporučeném dávkování pro lidský organismus neškodný. Protože CMC je derivát na bázi přírodní celulózy a má dobrou biologickou odbouratelnost, je relativně šetrný k životnímu prostředí a může být degradován mikroorganismy.
MC je také považován za bezpečnou přísadu a je široce používán v lécích, potravinách a kosmetice. Jeho neiontová povaha jej činí vysoce stabilním in vivo a in vitro. Ačkoli MC není tak biologicky odbouratelný jako CMC, je také schopen být za určitých podmínek degradován mikroorganismy.
Ačkoli karboxymethylcelulóza a methylcelulóza jsou oba odvozeny z přírodní celulózy, mají v praktických aplikacích odlišné vlastnosti v důsledku jejich různých chemických struktur, fyzikálních vlastností a oblastí použití. CMC je široce používán v potravinářské, farmaceutické a průmyslové oblasti díky své dobré rozpustnosti ve vodě, zahušťování a suspenzním vlastnostem, zatímco MC zaujímá důležité postavení ve stavebnictví, farmaceutickém a potravinářském průmyslu díky svým vlastnostem a stabilitě tepelného gelu. Oba mají jedinečné využití v moderním průmyslu a oba jsou ekologickými materiály šetrnými k životnímu prostředí.
Čas odeslání: 18. října 2024